Устройство для определения координат и магнитного момента дипольного источника поля
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 33/02
1 (,131
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4219288/24-21 (22) 02.02.87 (46) 15. 11. 88. Бюл. Ф 42 (72) H.М. Смирнов (53) 621.317.44 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
11 789949, кл. С 01 8. 33/022, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ И МАГНИТНОГО МОМЕНТА ДИПОЛЬНОГО ИСТОЧНИКА ПОЛЯ .(57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения координат и магнитного момента дипольного источника поля, например, в судостроительной промьппленности для обес" печения навигационного оборудования, в медицине для диагностики и лечения и т.д. Цель изобретения — повышение точности определения координат и магнитного момента источника поля. Уст„„Я0„„1437812 А 1 ройство состоит из трехкомпонентных магниточувствительных преобразователей 1, 2, 3, 4, 5, блоков 6, 7, 8, 9, 10 усилительно-преобразовательных, генератора 11 переменной ЭДС, блока 12 сложения, блоков вычитания
13, 14, 15, блока 16 вычислительного и жесткого немагнитного основания 17.
Блок 12 состоит из трех узлов, каждый из которых содержит масштабный усилитель, пороговое устройство, состоящее из двух компараторов и двух элементов И, аналого-цифрового . преобразователя (АЦП), состоящего из блока управления, реверсивного счетчика и блока выбора полярности, циф-, роаналогового преобразователя (ЦАП), состоящего из стабилизированного источника напряжения, управляемого делителя напряжения и переключателя полярности тока компенсации. 1 s.n. ф-лы, 3 ил.
1ч37812
Изобретение отпасптся к lf affepllтельной технике и может бттыть испальзовано для определеьп!я коорди:тат и магнитного момента дипольного источника поля, например. в судостроитель-" ной промышленности пля обеспечения навигационного оборудования,, в медицине для диагностики и лечения и
T ад е
Цель изобретен!тя — повышение точности опреде11епия координат и магнитного момента дипольного исто -HH ка поля.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока сложения; на фиг. 3 — четыре трехкомпонентных магниточувствительных преобразователя, расположенных в вершинах вогнуто-. го четырехугольника.
Устройство состоит иэ трехкомпанентных магниточувствительных преобразователей 1 — 5 (!!апример, ферроэr зондовых), местоположение которых известно в прямоугольной системе каорJI,HHaT Ох 1"е, IIHTH блоков 6 — 10 Jicf Первые входы преобразователей l — 5 и блоков 6 — l0 подключены к выходу .генератора 11. Выходы преабраэа=-ателей 1 — 5 подключены к вторым входа .: блоков 6 — 10, а выход каждого из блоков 6 — 10 подключен к второму .входу соответствующегo преобразователя. При этом выходт.! блоков 6 и 7 подключены к вхопам блоков 12 I! l3,, выходы блоков 8 и 9 — к входам блока 14, выходы блоков 9 и 10 = к входам блока 15, выходы GJIol oa 13 — 15 к входам вычислительного блока 16,, а выход блока 12 сложения — к тре=ьим входам преобразователей 1 — 5. Устройство работает спедуюш!тм с"б-равом. На первые входы преабразоватете"." 1 — 5 подается с гепер-!тора !1 :.сре-: менная ЭДС вазбугдающа11 эти 1-p=-абпв-. зователи. В результате OTopo Ha вы-" zopf каждого из Ilpp0up3.3oBHTÐJIeH появляются три ЭДС в" îðîé гармоники„. КажДаЯ ИЗ КстОР IX IIPOIIOP:ттт!ОнаЛЬНа одной из трех компонент маги.-.-.ной ннДУКЦИИ е СОЗДЯННО!1 Мат НИ ГНЫМ ..ттilX! НТО1т диполя If од!тородгп 1м магнитн1!!! полем, например геомагнитным. Выходные сигналы с преобразователей 1 — 5 vcfIJIIfваются и детектируются в соотве Tc Tнующих бл; „— 10 „а э:!тем подаются на вторые входы преобразавателеи 1 — 5, что обеспечивает отрицательную обратную стэязь по измеряемым составляющим векторов магпи-,пай индукции. При этом каждый из Grfoêolj 6 10 состоит из трех избирательных усилителей, трех сипхронньгх детекторов и трех интеграторах, поэтому вь"!Одпые сигналы с каждагo у илительнопреобразогате11ьнаго блока пронорциональны трем сост: вляющим вектора магтт.- CHE EEPJIhf HОСТУПаlor 1!a блоки 12 — l5. B б тт- ке . ": о уще с твля ет с я с.!ожени е сил!тат! о в, .:1раарциональных ка::J;HEfcanlff-.м составпя1ОЩИ ВЕКТОПСВ МагffrIT".OH !П1ДтУК1тИИт действувщих на преобразователи 1 и 2, Блок I 2 состоит из трех узлов, Каждый узе.- блока 12 содержит масштабный усилитель 18, пороговое устройство (ПУ,, состоящее Hз двух коМпараторав l9 !-: 20 и двух элементов 21 и 22, ЛЛЛ, состоящий из б.пака 23 управления, реверсивного счетчика 2А и блока 25 выбора полярности,„ ЦАПт состоящий из стабипнзированно1 c HCTo -!н;!ка 26 Haaðl х!ен;тя у!трав..1яемого делителя 27 напряжения и перею ю ателя 28 полярности тока ком--! тон С аттии В C jтЫЕ В". О-,Ь; ЛОГт.,, CК! -( элементов 21 и 22 падклю.ен.-.: к выхоцу 1 ене1 с тап " 29 тактовых,!мп ль сов.. Гcaератар 29 является об!!!Нм дпя асах узлов блока сложения. Входы ьтзсштаб-. » от о усипи т пя 18 тстдклюттень1 ВЕта 11туЮтт!ИМ ВЬ;Х,тдajf . Ет ратаран бJlакав 6 I :,,-. игпв:и т l .а Iгхоцах ма -!!1 !аСтного p cjlçàHò = !5, 8 lроlтарпианаль НЫ Э НаЧЕНИЯ! CC ОТВ а ТС ТВ"„ Ю!тНХ тР1ОЕК ЦИй т!ЕКТО! ОВ ИнттУКЦ-ти 1.1 ГНИТПО1 0 пиля действующе-o .a fpaoápaaoaaTе— ;и:: 1 и 2. Част!таб1!ый усилитель i8 ;-.:вляется суммирутоппп-.. Выход,:сипит-"пя 1 8 подклю "Pll к дзум кс!опаре.торэ! 19 .. 20, Выход компара cpa 19 ссед.-нен с первым входом элемента 21, а выход кампарп о." а 20 с первым вхОдам =":JIå." Ia!ITH 22. Вторые входы э.:-."..-!Lf . Tcí 21 и 22 подключены к выходу енер=-Tîða 29, Выходы элеме1 тав 21 и 22 связаны с блоками 23 H 2.5 В,:1хоп блока 23 пад <лючен к входу реВЕРСИВНОГО CЧЕТЧИКа 2ттт В1ХХОЦ КОТG 1437812 рого соединен с входом блока 25 и входом ЦАП (управ яемого делителя 27 напряжения). Второй вход управляемого делителя 27 напряжения подключен к источнику 26 стабилизированного 5 напряжения, а выход этого делителя 27 напряжения — к входу переключателя 28 полярности тока компенсации соответствующей составляюцей вектора индукции магнитного поля. При выходном сигнале с масштабного усилителя 18 на выходе одно о из компараторов 19 или 20 появляет- 15 ся разрешающий потенциал, поступающий на управляющий вход соответствующего элемента 21 или 22, через который ня входы блоков 23 и 25 проходят тактсвые импульсы с генератора 29. 20 Блок 23 в зависимости от полярности сигнала с выходя усилителя 18 вырабатывает управляющие сигналы, включающие счетчик 24 в режим прямого или обратного счета тактовых импульсов. С прихо,ом каждого импульса на вход счетчика 24 происходит изме— нение записанного в нем числа на единицу младшего разряда цифрового ксда. В соответствии с состоянием ЗО разрядов реверсивного счетчика 24 ЦАП формирует сигнал компенсации однородногс магнитного поля в ферро сидах. В момент, когда значение компенсирующего однородного ма;нитного "5 поля достигает значения, ра",ного †.с величине, но противоположного по няпpяв !е ию внешнему однородному магнитному полю, действующему ня феррозонды,. ня гыхсдях KQ>IIIaparoðîÿ 19 40 и 20 появляются сигналы, соответсти л вующие состоянию 0, я следовательно, выход тактовых импульooI, с элемента 21 или 22 прекращается, Поэтому "IpH налипли только однородного маг- 4,> нитного поля, действующес; ня преобразователи 1 — 5, выходной сигнал с этих преобря"-.oíaòåëåé равен нулю,. что исключает влияние однорбд ого магHHTHoro поля ня измерение рязнoc 5О тей составляющих векторов индукции ,магнитного поля, созданного диполем, и расширяет динамический дия.:я"-он пвсобразовятелей 1 — 5, блсксв 6 10., 12 — 16 по измерению несn;;:opoäных магнитных полей, а сле,:овятельно, повышает точность определения координат и мя.нитного моментя дип.опя . Выходной сигнал с блока 13 про1 порциоиален разности векторов индукции магнитного поля, измеренного преобразователями 1 и 2, выходной сигнал с блока 14 пропорционален раз-. ности векторов индукции магнитного поля, измеоенного преобразователями 3 и 4-, выходной сигнал с блока 15 пропорционален разности векторов магнитной индукции, измеренной преобразователями -4 и 5. В вычислительном блоке 16 определяется неколлинеярная паря разностей векторов магнитной индукции, по которой определяются координаты магнитного момента 1-,Hëoëíoão источника поля. Поэтому из трех векторов магнитной индукции, каждый из которых пропорционален сигналам, поступающим с соответствующих блоков 13 — 15 на блок 16, необходимо, чтобы хотя бы два вектора были неколлинеарными, т.е. независиMbIMH, С этой целью преобразователи 1 — 4 расположены в в ршинах плоского ooíoâaíèÿ 17, выполненного либо в виде выпуклого четырехугольника, у которого суммы противоположных углов а соответственно больше и меньше 180 а длина одной из трех сторон отличается по длине от четвертой стороны„ либо в виде вогнутого четырехугольника, у которого продолжение сторон, образующих внутренний угол о 180, пересекают другие стороны, обгазующие угол О, под углами, ото личными от 90, а угол пересечения воображаемой прямой, проходящий через вершины углов e и 8, с воображаемой прямой, проходящей через две другие вершины углов четырехугольник кя отличен от 90, при этом преобразователи 1 — 4 установлены в вершиí-х любого из упомянутых четырехугольных оснований, а преобразователь 5 удален от плоскости выбранного четырехугольного основания на расстояние, больше нуля. Преобразователь 5 может быть расположен на доголнительном жестком немагнитном основании или па основании 17, но так, чтобы он находился вне плоскости, проходящей через вершины преобразователей 1 — 4. Ня фиг. 3 показаны трехкомпонентные преобразователи, расположенные в вершинах вогнутого четырехугольника ACDE y которого каждый из уг>J,", то (> 5 (1 с!< „:г!»т(lf (! г»> >0) } } Г»а(ть"лов (КЕ,1}О), ше 90 Необходимым условием для одназначfIoro опреде feff}15(1<аардинат и млг ill iНОГО MOI(Bf(TB Д. -П|ОЛЯ ЯВЛЯЕТСЯ И 1 О, что расстояние от одного из четырех преобразователей, расположенньгх на ОДНОМ ОСНОВс1иит(. ДО ДИПОЛЯ,,ОЛ <На быть больше или менi>m(3 расста","|ия ат этого дцполя до какого-нибудь из оставшихся трех .,:.p образователей. Поэтому преобразавлтел|т располагают В ВЕРШИНВХ таКОГО Вт>тлт»>КПОГ(> ЧЕ (:,(т ЕХдвух других противаполо?<ных углсв меньше 180 . Таким образок, чет}»(ре трехкомпоне прсобразавателя располагают в вершинах такого выпук-лого четырехугольника„ около которого нельзя описать окружнастьт Поэтому из четырех преобразователей расположенных в одной ..плоскости найдется хотя бы один прет?бра(тователь, paccTo51«fIe от которого да дипаля отЛИЧаЕтСЯ OT РаССТО5П(И51 хая<(да>ГО и:3 оставшихся преобразователей тупа}35(((утого диполя, Распог(ал<е}15|е преобразователей в пространстве в вершинах вь(г!Укг(QI Q ил|} вогнутого четырехугольника абесп.==и-. вает более гибкое использование пред= лагаеь(ога устройства В палевых у "ловиях, например., при ..:аземпой f=iгнитной съемке. ко(-,((;: р: лт,е((1 .ш.сти(.TH позВОляет устстl<ОВи!. L> щ еаб!. (1ВОБН— ТЕЛИ В ВЕРШИПаХ талт,т<; >r»10-."O и:- .-„;»y1 видоВ четыреху1 Олы1икав: Пр(=06!т|а сгл тели МОГут быт!> ус <апаг|ле (1>(В Верши"" нах выпукг>ога четырехугольника. н 1" пример параллело((},ть ?:". и "и i . р,. В|(а-= бедренной трапеции, иг(II;3 вершинах вогнутого четырехугольника,<риг„З ! т 8 некоторых сг(у таях, нап;ти(т(" р, ПРИ аЭРаМНГНИтпан ЪЕМКЕ. КОГ rà ИЗвестн05 чтО ципальньlй 3(c f c! : ?и< !!plхc" ,(ти(СЯ НЛД ИЛИ Пад ПЛОСК ОСтт,lО ЧP.".i!" РЕХУГОЛЬНОГО QC: .!}3".!11"H 5 !3 В(РЕИI ЛХ которого распслаже|:и пр"Образов:!OH(r yCTPQACTBO ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕ:.:;:1(Я К(Овт;инат и магнитного момен- а этапo и"та«в т< т 3 <т> ника мОныт сОдее>жс-ть . О.тька пр..сбр.-..! "(— -! 5 блок!! >т3 — 9,, I 6,, генератор j " .:. Основ — >. (Eip 7. <тт о тр мул а и з 3 6 13 е т н Устройство для с:((ределения КООРДИпаТ (I МНГH!!TH . (т !G :IP.:,>,I.f--" угольн1|ка„у котарага . умма д; -"х ПОО- ( тивоположпых углов больше, а су(>(((а,таль«ага истач|(ика поля, садержацее четыре трехком«oíåff Ti(H!õ маг!<ИтачувстБительных преОбразоВателя pii("ИОлОженных на жестком немагнит(ам основании, два блока у нлительпа-преобразовательных, ге«ератор переменно}1 ЗДС выход катopoi о подключен к первым входам магчитачувствительных lpp. абразавате.!ей и блокам усилительнопреобразовательным, и блок вы-ислительный, а т л и ч а (о щ е р с я тем, что, с целью повышения точности. Q! (Q снабжена TpP Elf(, i QE(o! (Ef HTC J(E> f(f>fr i 3 бт(СКаМИ У(.,ЛИ ТЕЛЫ-: " " !P006P Ë530«à I ÅËI>IЫМИ трЕ|(тl 65>(7> }т т(ВЫЧИТан:151. 0>(от<а(" ,"ПО>КЕ!(ИЯ и тттЬ(М т )CEХКОМГ(ОНЕН |НЫ;! МаГНИТОЧ.ВСТ :ИтЕЛ -НЫМ ПрЕ06 т-,(30H тЕЛ.-М, ПРЦЧЕМ i!C(3!3«;0 }3? 6.. оков и -, полните:(в(10 а . ar if(»TO .Увств > тельнага пр абра.3<>ва "е:IH ладклю-(ЕНЫ l; ВЬВ<ОД>У ГЕН= P;:. TQ-а ПЕРЕ((ЕН (Ой Эдт Ст второй 13 . >3 " 0 >(3!!т ВХОДУ ООТВ>Р1 СТВУ! >ЦЕГ(! (>аГНИ :. (:(ч »т}3 с T13 итал ь н О г G lp 0 о б p c -.- Q B c-т ел я (капы f"pp130гo и LTтар=, . o .=: |Окав усилит= !!üíà-пресбразсватcJ ьных подклю епы саответствеi:10 l(первому и i3IcРамтт 13ХОДаЬ(ОЛОКа СЛСЖЕI(>тя и т ">Вт 0 .От< а U":"f(i! 1 Ни т ., >f-;?(|Ы т||с ">|НЕ т 0 Г|„ усилит=.-: |;0- прес.::-азова е.(ь(<ого :}05(Ил}очень} .< пер!>Ому входу втсрог0 бл(т;<а выч.,--.т (и., вьв(oq четвертого бл:>ка 17 иг.:"-- егп>?та-г(в(.:(т(:разаг3 атель" бт-,(Ка В! (т(И» ат(-тя;:. нарва?;т-т .. pc TüpãQ блока вы (ита|(ия, выхо; пятога блока . с?!г;т тз.(ь =-т;реобразсваЕЛ|,т(а>-0 Ilo (I<«fO(fPll 13 TOPC .f» I>:-,Q Вкот; ЛМ 6ЛОКа;>ЫЧИСЛИТВ, !LHQ: G, =-. БЬI.",.лака 0.(ожен;ья 1!c!, (I f31>(тот!(Оже|,ы 3 Веошlтнах и "тссl((1 0 Ос а.:;ант 5" 3! ((ОГП(Е«i O! С В ВИДЕ ВЫПУКг((! (3 -ò;P.", (,>РО.> 1 r Q (т>И "К " » 1 ;.-,}. I.>Q (-">-,т(т,Ш-. H (, . 1-.,1,1;;Е, (»((а г}ЛИ— (>тт}>0>} ИЗ ТВРХ С (ОРСН OTJI,(((PЕТСЯ (ь} д 1 ;-не ст чF:Tâpl-.тай стороны, .i!5{1437812 1тый магниточувствительный преобразоI ватель расположен вне плоскости упомянутого четырехугольного основания. 2. Устройство Bo iI ° 1, o T JI H 5 ч а ю щ е е с я тем, что первые четыре магниточувствительных преобразователя расположены в вершинах плоского основания, выполненного в виде такого вогнутого четырехугольни- 10 ка, у которого продолжения сторон, образующих внутренний угол o 180 пересекают другие стороны, образующие угол 6, под углами, отличными от 90, а угол пересечения воображаемой прямой, проходящей через вершины углов и В, с воображаемой прямой, проходящей через две другие вершины углов четырехугольника, отличен от 90 пятый магниточувствительный преобразователь расположен вне плоскости упомянутого четырехугольного основания. "4378 i 2 Составитель A. Дивеев -"-екр-д Л. Серд>окова Редактор Л. Пчелинскал Корректор И. Демник Тираж 772 Подписное ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж-35., Раушская наб., д. 4/5 Заказ 5890/46 Производственно- lo J HI p ôH e L .„ (. 1Ip Lp(Ip3(H THE, f, Ужгород, ул . Пров ктнаг, Л
